（信号与信息处理专业论文）tdscdma无线网络覆盖与容量规划的研究.pdf

摘 要 td-scdma 无线网络覆盖与容量规划的研究 作者简介：李强，男，1978 年 4 月生，2007 年从师于郭勇教授和陈维锋高 级工程师，于 2010 年 6 月毕业于成都理工大学信号与信息处理专业。 摘 要 摘 要 td-scdma 标准是我国自主研发的拥有知识产权的第三代移动通信标准， 该标准采用了大量的新技术，包括时分双工,智能天线，联合检测，功率控 制，软件无线电，接力切换，动态信道分配，功率控制等，具有技术上的优 势。此外，td-scdma 还具有频率、组网、成本上的优势。2009 年 1 月，中 国移动获得 td-scdma 牌照，说明 td-scdma 技术已进入到了应用阶段。当 前，中国各地都在进行 3g 网络建设。好的网络规划设计，可以缩短建设工 期，提高工程质量，降低投入成本。因此开展 td-scdma 网络规划的研究， 对于实现网络建设目标，发挥新技术优势，获得良好经济效益，有着积极的 现实意义。 td-scdma 作为 3g 的主流技术， td-scdma 无线网络规划不同于 gsm 网络 规划。gsm 网络的覆盖规划与容量规划可以分别进行，覆盖规划主要考虑无 线路径的衰耗，容量规划主要是频率规划。td-scdma 与 gsm 有所不同，如 td-scdma 系统是唯一采用时分双工的系统，不同于频分双工系统；td-scdma 系统可以不考虑呼吸效应等。td-scdma 无线网络不仅要满足话音通信的需 要，还要满足数据通信的要求。td-scdma 无线网络规划不能把覆盖和容量规 划完全分开进行，因此要结合 td-scdma 的技术特点和 3g 网络的应用要求开 展网络规划的研究。 网络规划的目的，概括地讲，就是在支持多种多媒体业务，并满足一定 qos 条件下，满足一定的无线覆盖要求，获得良好的网络容量，同时通过调 整覆盖、容量、质量之间的均衡关系提供最佳链路服务。本文试图通过理论 总结和实例分析，运用仿真等手段，研究 td-scdma 无线网络覆盖规划和 容量规划的方法，尽可能达到最好的通信质量。 本文首先介绍了移动通信发展的历史，简要说明了 td-scdma 的概 念、发展历程和技术优势，然后介绍了 td-scdma 的系统结构，无线接口 协议和关键技术，阐述了其网络规划的特点、指导原则、主要内容和流程。 其中重点介绍了 td-scdma 网络覆盖和容量规划中需要用到的无线传播模 型的校正，链路预算，容量分析等内容，给出了其分析方法及计算公式，最 i 成都理工大学硕士学位论文 后介绍了 td-scdma 网络规划仿真的分类和仿真条件，结合实例给出了仿 真结果，并作了覆盖、容量和质量分析。本文工作是在深入研究 3g 移动通 信技术特点的基础上进行的， 经过理论总结和实例分析， 对当前 td-scdma 无线网络规划工程实践有一定的指导意义。 关键词:td-scdma 网络规划 覆盖 容量 仿真 ii abstract research on coverage and capacity planning of td-scdma radio network introduction of the author: liqiang, male, was born in april, 1983 whose tutor was professor guoyong and engineer chenweifeng . he graduated from chengdu university of technology in signal and information processing major and was granted the master degree in june, 2010. abstract td-scdma is the mobile communication standard of the third generation，which is independent researched and developed by our country who has our own intellectual property rights and name brands , including tdd, smart antenna, joint detect ,dynamic channel allocation, power control , software radio,baton handover and power control,etc ,which has the advantages in technology. january 2009, china mobile obtain td-scdma licence, which means td-scdma technology has entered into application . at present, 3g network construction is doing throughout china . good network planning design can shorten the construction period, improve engineering quality and reduce cost . therefore it has positive significance to achieve the goal, play the construction of network advantage, obtain good economic benefit in td-scdma network planning research . as the mainstream of 3g technology, td-scdma wireless network planning is different from the gsm network planning . covering planning and capacity planning of gsm network can be separately done . the main consideration of covering planning is wireless route attenuation and capacity planning is frequency planning .td-scdma is different from gsm , for example, td-scdma system is the only system of adopting time-division duplex which is different from frequency-division duplex ,and td-scdma can not consider respiratory effects. the td-scdma wireless network will not only satisfy the need of voice communication, but also the requirement of data communication.coverage and capacity planning can not be done completely separately in td-scdma wireless network planning ,while it should consider the technical features of td-scdma and the application requirements of 3g network . 5 iii 成都理工大学硕士学位论文 network planning purposes，generally speaking，it is in support of a variety of multimedia services and qos to meet certain conditions，have a good network capacity to meet certain requirements of wireless coverage，by adjusting coverage， capacity, links between the balance between providing the best quality of service. this paper attempts to summarize theories and analysis examples to achieve the best possible quality by using the simulation and the study of td-scdma wireless network covering planning and capacity planning method. this paper introduces the history of the development of mobile communications systems at first and states the conception of td-scdma and its history of development and the advantages of technology in brief. then, it introduces the structure of system, and the key technology of td-scdma. next, it introduces characters of network planning and the principles of guidance, the main contents, the design process for the network . in the article, the calibrating of wireless communication model, the network planning budget ,the wireless capacity analysis of td-scdma network coverage and capacity planning are introduced with emphasis .and the way of analysis and computing formula are also proposed. in the end，it introduces the simulation of network classification and the simulation conditions of td-scdma network planning. it also provides the result of simulation with some examples and the analysis of coverage ,capacity and quality. this work is an in-depth study on the characteristics of 3g mobile telecommunications technology , based theoretical summary and analysis of the practical examples. and it has a certain significance for the current td-scdma network planning and engineering practice. keywords: td-scdma network planning coverage capacity simulation iv 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 成都理工大学 或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者导师签名： 学位论文作者签名： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 成都理工大学 有关保留、 使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和 借阅。本人授权 成都理工大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文作者签名： 年 月 日 第一章 引言 第一章 引 言 1.1 论文研究背景及意义论文研究背景及意义 2009年1 月7日， 工业和信息化部正式确认国内 3g牌照发放给三家运营商， 标志着 3g 技术正式进入到商用阶段。作为互联网技术和移动通信技术结合的产 物，3g 不仅可以提供话音服务，还可以提供互联网的便利，使我们随时随地可 以网上购物，观看电影，收发邮件等，提高了工作效率和经济效益，生活变得更 加快捷便利。作为我国具有自主知识产权的 3g 通信制式，td-scdma 能否提 供良好的服务质量，尽可能多的容量，达到网络设计的覆盖要求，与设计初期的 无线网络规划是分不开的，因此开展 td-scdma 无线网络覆盖和容量规划的研 究非常有意义。 1.1.1 移动通信发展概述移动通信发展概述 移动通信的历史可以追溯到无线电通信发明之日。1897 年，意大利工程师 马可尼在距离为 18 海里的固定站与一艘拖船之间完成了人类历史上第一次无线 通信试验。 1978 年，美国贝尔实验室采用频分多址接入技术(fdma)成功研制了 amps （先进的移动电话系统），建成了蜂窝式移动通信系统网，这是第一代移动通信 系统，称之为模拟通信系统，其典型系统还包括北欧的 nmt-450/900（北欧移动 电话系统），英国的 tacs（全接入通信系统）等。第一代移动通信系统存在着 许多缺点，包括频谱利用率低，业务种类有限，保密性差，通信终端体积、重量、 功耗大等。 第二代称之为数字移动通信系统，它采用了多种窄带数字系统的接入技术， 包括时分多址(tdma)和码分多址(cdma)两种，前者典型的如欧洲的 gsm （global system for mobil communications）系统，后者如美国的 is-95 系统。数 字移动通信系统优点在于提高了频谱利用率，支持多种业务，保密性好，通信终 端体积、重量、功耗较小等。 无论是第一代还是第二代，主要都是解决话音通信的问题。虽然第二代数字 移动通信系统较之第一代模拟移动通信系统有了很大的改进， 但是仍然存在很多 问题:不能够实现全球自动漫游，业务种类不够丰富，不能完全适应社会的全数 字、多媒体等发展需要 1 2。 20 世纪末，移动通信技术和internet技术的发展极大的影响了人们的生活学 习和工作，两者结合是信息产业发展的必由之路，对移动通信业务的需求也越来 1 成都理工大学硕士学位论文 越大，第三代移动通信系统成为发展的必然趋势。第三代移动通信系统又称为 3g, 3g可提供高质量话音、可变速率的数据和多媒体业务，实现全球无缝覆盖， 具有全球漫游能力， 与固定网络兼容， 通信终端小， 易携带， 可实现在任何时候、 任何地点、进行任何种类的通信；具有较高的频谱利用率和较大的系统容量；保 密性好、成本较低1 4 23。 1.1.2 td-scdma 的概念的概念 td-scdma英文全称为time division-synchronous code division multiple access ，即时分的同步码分多址技术，是中国电信行业百年来第一个完整的具 有自主知识产权的移动通信技术标准，得到了中国通信标准化协会（cwts）及 第三代伙伴计划 3gpp (3rd generation partnership project)国际组织的全面支持， 是国际电信联盟itu（international telecommunication union）正式发布的第三代 移动通信空间接口技术规范之一，与欧洲的wcdma标准、美国的cdma2000 标准和wimax标准并称为 3g时代主流的移动通信标准3。 1.1.3 td-scdma 的发展历程 1998 年初，在当时的邮电部科技司的直接领导下，由电信科学技术研究院 组织队伍在 scdma 技术的基础上，研究和起草符合 imt-2000 要求的我国的 td-scdma 建议草案。 1998 年 6 月 30 日提交到 itu， 从而成为 imt-2000 的 15 个候选方案之一。itu 综合了各评估组的评估结果，在 1999 年 11 月赫尔辛基 itu-rtg8/1 第 18 次会议上和 2000 年 5 月在伊斯坦布尔的 itu-r 全会上， td-scdma 被正式接纳为 cdmatdd 制式的方案之一。 2000 年 5 月，大唐集团代表中国政府提交的td-scdma技术，被国际电联 批准为第三代移动通信国际标准，这是百年来中国电信发展史上的重大突破。 td-scdma被itu接纳为第三代移动通信国际标准。2001 年 3 月 16 日， td-scdma 标准被3gpp（第三代移动通信伙伴项目）接纳。 2001 年 4 月，td-scdma 基站与模拟终端之间打通电话。现场试验 td-scdma 终端样机之间打通电话。2001 年 7 月 4 日，td-scdma 基站与模 拟终端间实现了图像传输。2001 年 10 月 3 日，td-scdma 内部试验网系统联 调成功。 2002 年 2 月， 内部试验网演示成功 （车速 120km， 基站覆盖半径 16km） ， 证明 td-scdma 完全符合国际电联对第三代移动通信系统的要求，不存在任何 技术障碍，能够独立组网和全国覆盖。 2004 年 3 月 30 日，世界上第一台 td-scdma 手机由大唐移动通信设备有 限公司研制成功。 2006 年 8 月初， td-scdma 规模测试第一阶段宣告结束。 2006 年 11 月，td-scdma 步入规模放号阶段。 2007 年 3 月备受瞩目的中移动 td 2 第一章 引言 设备的采购招标，正式启动总金额近 267 亿。中国移动、中国电信和中国网通在 北京、上海、天津、沈阳、秦皇岛、厦门、广州、深圳、保定和青岛等(含奥运 六个城市在内)十个城市大规模建网。 2008 年 3 月，信产部被合并到新组建的工业和信息化部。3g 拍照和电信重 组将由新部委推动。2009 年 1 月 7 日，工业和信息化部正式确认国内 3g 牌照发 放给三家运营商，即中国移动获得 td-scdma 牌照，中国电信获得 cdma2000 牌照，而中国联通则获得 wcdma 牌照，由此，我国跨入了 3g 时代。 1.1.4 td-scdma 的突出优势的突出优势 第一，td-scdma 采用了大量的代表未来移动通信发展方向的新技术。一 是采用了智能天线技术，td-scdma 是目前 3g 四种标准中唯一采用智能天线 技术的标准，大唐已将此技术注册了全球专利，同时将智能天线与联合检测，上 行同步等先进技术相结合，降低了发射功率，减少多址干扰，提高系统容量；二 是采用了软件无线电技术，系统可免费升级到 hsdpa，成本低，易于实现多制式 基站和多模终端；采用了时分双工（tdd）技术适合下行数据速率高于上行的非 对称互联网业务，且只需要 1.6m 带宽，无须成对频段，适合多运营商环境。 第二，td-scdma 具有频率优势。td-scdma 频率资源充裕，中国 3g 频 率规划比国际划分的 50 mhz 时分双工频带增加了两倍多，达 105 mhz，频率资 源丰富，为推进 td 产业化奠定了资源基础；td-scdma 频谱效率高，如果采用 fdd 方式，即上行和下行需各占一个通道，而 td-scdma 采用了 tdd 模式， tdd 使用的是单一频道，目前国际电联采纳的三种标准里，td-scdma 所占用 的频率资源是最低的， 只有 1.6m， 而 wcdma 的是上下各为 5m， 总共需要 10m 带宽；适于全球漫游，td 独享全球一致的 tdd 频率划分，全球核发有效许可证 中，tdd 占有 104 张，为全球的推广和漫游创造了得天独厚的资源条件，而同为 fdd 模式的 wcdma 及 cdma2000 在各国频谱的实际划分上难免出现分歧，都不可 能直接实现全球漫游。 第三，td-scdma 具有组网优势。由于 td-scdma 系统不是干扰受限系 统，用户数或业务量的增加不会使覆盖半径收缩，避免了呼吸效应 ；能同时保 证各业务的连续覆盖，网络拓扑最接近理想蜂窝结构；可根据不同时期的市场需 求进行相应的网络规划，保证建网与市场需求同步，避免资源浪费，可通过增加 频点来满足不同时期和不同情况下的容量和业务需求，对站址和覆盖不做变动， 保持各次规划之间的相互独立， 后期网络建设不影响前期网络， 使网络稳定发展。 第四，td-scdma具有业务和成本优势。由于采用了不对称数据信道，通 过调整上/下行链路间的转换点提升容量，其成本至少要比wcdma低 44%；建 3 成都理工大学硕士学位论文 网成本低， 从gsm升级到td-scdma比升级到wcdma成本要低 15%20%5 6 。 1.1.5 课题研究的意义课题研究的意义 本论文根据 3g 无线网络的特点和建设的要求，以某中等城市为例对 td-scdma 无线网络覆盖和容量规划进行了研究，对今后 td-scdma 无线网 络的工程建设实践具有一定的指导意义。 1)从理论角度考虑，通过 td-scdma 网络覆盖和容量规划研究，可得到网 络建设的详细方案及网络运行的相关参数设置，为快速部署 td-scdma 网络做 好准备。 2)从工程实践角度考虑，通过对规划结果的仿真和分析，可以对无线网络覆 盖和质量不足区域进行预测，为网络运行后的优化工作提供依据和指导意见。 3)从经济角度考虑，通过覆盖、容量两个方面对 td-scdma 网络资源进行 优化配置，可实现最佳的通信质量，在建设资金有限的条件下提升网络运营的效 益。 1.2 课题来源及主要研究内容课题来源及主要研究内容 研二期间，作者曾到某移动通信公司实习，该公司正在进行 td-scdma 网 络建设。通过学习 td-scdma 网络技术，在导师的指导下，请教该公司的有关 技术人员， 同时借鉴成熟的 gsm 和 wcdma 规划方法， 我对网络规划有了更深 的认识。 本文的主要内容安排如下： 第一章：引言。本章首先简要回顾移动通信系统的发展历史，简单介绍了 td-scdma 网络技术的概念，发展历程和技术优势，其次介绍了本课题研究的 意义、来源和主要内容。 第二章：td-scdma 技术概述。本章对 td-scdma 系统的系统结构，无 线网络协议和关键技术作了简要介绍。 第三章：td-scdma 无线网络覆盖和容量规划方法研究。本章阐述了无线 网络规划的特点，指导原则，主要内容，着重从覆盖和容量规划两方面对无线网 络规划的一般流程作了较详细的介绍。 第四章：td-scdma 无线网络覆盖和容量规划实例分析。本章以某中等城 市为实例，运用规划理论对该地区的 td-scdma 网络进行了需求分析，覆盖和 容量的估算，对基站进行了规划，形成规划初期的预规划方案，并进行了仿真， 给出了仿真结果及其分析。 4 第一章 引言 第五章总结。本章是对本人研究的某城市移动 td-scdma 无线网络覆盖和 容量规划课题的总结， 主要介绍了本课题的时代背景以及本人在该研究过程中所 作的主要工作，对该地区的规划方案作了简要总结并提出了今后改进的方向。 5 成都理工大学硕士学位论文 第 2 章 td-scdma 技术概述 做好无线网络规划的前提是必须对系统有一个全面而深刻的理解， 网络规划 技术和系统本身的特点密切相关。要设计出一个性能优良的 td-scdma 网络， 必须要对该系统的技术原理和网络性能有充分的认识。本章将简要介绍 td-scdma 的系统结构、无线接口协议及 td-scdma 关键技术。 2.1 td-scdma 网络结构网络结构 在欧洲，第三代移动通信系统也被称为通用移动通信系统(univesral mobile telecommunications system，umts)，umts系统与第二代移动通信系统在逻辑 结构方面基本相同。umts系统从功能上看，可以分成一些不同功能的子网，主 要包括无线接入网络(radio access network，ran)，核心网络(coer network， cn) ，移动用户终端(ue ：user equipment)。其中无线接入网络处理所有与无 线有关的功能，核心网处理umts系统内所有的话音呼叫、数据连接和交换，并 实现与外部网络的连接和路由选择，核心网子系统(cn)域又分为电路交换 (cs: cireuit switehing)域、分组交换(ps: paeket switching)域。ran、cn与用户设备 (ue)一起构成了完整的umts系统7 ，其简化的系统结构如图 2-1 所示。 i 图 2-1 umts 系统结构图 无线传输ran是第三代移动通信网络中的无线接入网部分，其结构如图所 示， rns由一个无线网络控制器（rnc）和一个或多个基站（node b）组成； rns负责处理与无线有关的功能8。 6 第二章 td-scdma 技术概述 td-scdma 系统结构和主要接口如图 2-2 所示。 rns rnc rns rnc core network node b node b node b node b iu iu iur iub iub iub iub ue uu uu 图图 2-2 td-scdma 系统结构和主要接口 系统结构和主要接口 2.1.1 td-scdma 核心网子系统（核心网子系统（cn） td-scdma 核心网子系统 cn 负责与其他网络的连接和对 ue 的通信及管 理，其主要实体包括电路交换(cs)域实体和分组交换(ps)域实体。 （1） 电路交换(cs)域的实体 cs 域的核心是移动业务交换中心(msc)，msc 是一个对其控制区域内的移 动用户执行信令和交换功能的交换机，处理所有与移动台之间的电路交换业务。 msc 由 msc server 和 cs-mgw 组成。msc server 用于处理信令， 主要由 msc 的呼叫控制和移动性控制部分组成， 负责 cs 域的呼叫控制， 并完成将用户-网络 信令转换成相关的网络-网络信令。cs-mgw 用来处理用户数据，可以终止电路 交换网的承载信道和分组交换网的媒体流。cs 域还包括网关 msc(gmsc)， gmsc 负责移动网至固定网，以及固定网呼叫的转接，执行到 ms 实际位置的路 由功能。 （2） 分组交换(ps)域的实体 ps 域的实体主要包括服务 gprs 支持节点(sgsn)，网关 gprs 支持节点 (ggsn)和 hlr(归属位置寄存器)。 sgsn 主要完成分组的路由寻址和转发， 负责 跟踪记录移动台的位置信息，执行安全性功能，具有网络接入控制、用户数据管 理，以及计费、网络管理等功能，sgsn 在网络中的地位类似于 cs 域的 msc。 7 成都理工大学硕士学位论文 ggsn 起网关的作用，主要完成移动性管理、网络接入控制、路由选择和转发、 计费数据的收集和传送，以及网络管理等功能。hlr(归属位置寄存器)是 3g 核 心网 cs 域和 ps 域共有的功能节点，主要功能是提供用户的签约信息存放、新 业务支持、增强的鉴权功能。 2.1.2 td-scdma 无线网络子系统（无线网络子系统（rns） 若干个无线网络子系统rns组成地面无线接入网ran， ran是td-scdma 网络中的无线接入网部分。每一个 rns 包括一个 rnc 和一个或多个 nodeb， rnc，即无线网络控制器，主要完成连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线 资源管理控制等功能。 nodeb，即 td-scdma 系统的基站(即无线收发信机)，包括无收发信机和 基带处理部件。它的主要功能是扩频、调制、信道编码和解扩、解调、信道解码， 包括基带信号和射频信号的相互转换等功能。 2.1.3 td-scdma 移动用户终端（移动用户终端（ue） 用户终端设备 ue 包括两部分，即 me(mobil euipment)和 usim。me 提供 应用和服务，usim 提供身份识别。ue 的功能是与网络设备进行数据交互，为 用户提供电路域和分组域内的各种业务功能，包括普通话音、数据通信、移动多 媒体、internet 应用等。 2.1.4 td-scdma 接口接口 在 td-scdma 系统中有多个重要的接口， 主要接口包括无线网络接口和核 心网内部接口。 无线网络接口包括核心网子系统cn与无线网络子系统rns之间的接口iu， 移动用户终端 ue 无线网络子系统之间的接口 uu，各 rnc 之间的接口 iur, rnc 与 nodeb 之间的接口 iub。 iu 接口是连接无线接入网 utran 和核心网之间的接口， 可以分为电路域的 iu-cs 接口和分组域的 iu-ps 接口。iub 接口是 rnc 与 nodeb 之间的接口，用来 传输无线网络控制器 rnc 和 nodeb 之间的信令及无线接口的数据。iur 接口是 两个 rnc 之间的逻辑接口，用来传送 rnc 之间的控制信令和用户数据。iur 接 口的主要功能是支持基本的 rnc 之间的移动性，支持公共信道业务，支持专用 信道业务和支持系统管理过程。uu 接口即空中接口（无线接口）主要用来建立， 重配置和释放各种无线承载业务。和 iu 接口一样，空中接口也是一个完全开放 的接口。 8 第二章 td-scdma 技术概述 核心网内的接口包括： cs 域内的接口、 ps 域内的接口、 cs 和 ps 域的接口、 hlr 和 auc 之间的接口等。不同的系统、实体之间通过接口实现数据交换。 2.2 td-scdma 无线接口协议无线接口协议 无线接口指用户终端和接入网之间的接口，简称uu接口，通常也称之为空 中接口。无线接口协议主要是用来建立、重配置和释放各种第三代移动通信无线 承载业务的。不同的无线接口协议使用各自的无线传输技术(rtt)，现行的第三 代移动通信系统wcdma、td-scdma和cdma2000，它们的主要区别就体现 在无线接口的无线传输技术上。无线接口协议主要由物理层（l1），数据链路层 （l2）和网络层（l3）组成1。 2.2.1 物理层物理层 （1）物理层接口 物理层处于无线接口协议模型的最底层，它提供比特流在物理介质中的传 输。物理层与媒体接入控制层(mac)及无线资源控制层(rrc)的接口如图 2-3 所 示。物理层与 mac 层实体相连，相互之间的通信是由物理层 phy 原语来完成 的，与 rrc 层的接口相互间的通信是用原语 cphy 原语。 图图 2-3 td-scdma 物理层结构示意图 物理层结构示意图 （2）物理层功能 td-scdma的特点是在物理层上体现出来的，主要是指ue和网络之间的uu 接口的物理层，主要功能包括:与物理媒介的接口；小区定界；线路时钟提取能 力；告警提取和产生；按序传递；传输质量控制4。 （3）物理信道 9 成都理工大学硕士学位论文 物理信道是在空中接口中发送的真正实际的信道，可以用频率域（载波频 率）、时域（时隙号）、码域（扰码）来唯一识别。不同的物理信道具有不同的 时隙结构，不同物理信道的时隙结构决定了该物理信道的不同特性。物理信道分 为专用物理信道和公用物理信道。 3gpp定义的一个tdma 帧长度为 10ms。td-scdma系统为了实现对一些 新技术的支持(如智能天线， 上行同步等)的支持， 将一个 10ms的帧分成两个结构 完全相同的子帧，每个子帧的时长为 5ms，每一个子帧又分成长度为 675us的 7 个常规时隙（ts0 ts6）和 3 个特殊时隙,dwpts(下行导频时隙)，gp(保护间 隔),upts(上行导频时隙)。每个帧的子结构如图 2-4 所示。常规时隙传送用户数 据或控制信息。在这 7 个常规时隙中，ts0 总是固定的用作下行时隙来发送系统 广播消息，而ts1 总是固定地用作上行时隙。其他的常规时隙可以根据需要灵活 地配置成上行或下行以实现不对称业务的传输，如分组数据。用作上行链路的时 隙和用作下行链路的时隙之间有一个转换点（switch point）分开24。 图图 2-4 td-scdma 系统帧结构示意图 系统帧结构示意图 ts0 至 ts1 共 7 个常规时隙被用作用户数据或控制信息的传输， 他们具有完 全相同的时隙结构，如图 2-5 所示。每个时隙被分成了 4 个域：两个数据域、一 个训练序列域（midamble）和一个用作时隙保护的空域（gp）。midamble 码长 144chips ， 传输时不进行基带处理和扩频， 直接与经基带处理和扩频的数据一起 发送，在信道解码时被用作进行信道估计。 10 第二章 td-scdma 技术概述 图图 2-5 td-scdma 物理信道结构示意图 物理信道结构示意图 2.2.2 数据链路层数据链路层 数据链路层包括 mac、rlc、pdcp、bmc 四个子层，各部分实现功能不 同。 （1）mac 子层主要功能 逻辑信道和传输信道之间的映射；根据瞬时速率，为每个传输信道选择适当 的传输格式；数据流之间的优先级处理；采用动态调度的方法，实现 ue 之间的 优先级处理；公共传输信道上 ue 的标识；高层 pdu 与物理层的传输块之间的 转换，业务流量测量；传输信道类型的切换等。 （2）rlc 子层主要功能 将长度不同的高层 pdu 分段或重组、级联、填充、错误纠正、顺序发送、流 量控制，复制检查、顺序号检查、协议错误检测与恢复、加密、暂停或继续传输 等。 （3）pdcp 子层功能 将数据分组报头压缩；实现用户数据传输；支持无损 srns 重定位。 （4）bmc 子层协议 将小区广播消息的存储；业务量监测和为小区广播服务申请无线资源；bmc 消息的调度；向 ue 发送 bmc 消息；向高层（nas）传递小区广播消息。 （5）信道结构 传输信道介于 mac 和物理层之间， 逻辑信道介于 mac 和 rlc 之间， mac 层完成逻辑信道与传输信道的映射。 传输信道分为公共传输信道和专用传输信道 两种类型， 公共传输信道类型包括:随机接入信道(rach)、 前向接入信道(fach) 下行共享信道(dsch)、 公共分组信道(cpch)、 广播信道(bch)、 寻呼信道(pch)、 专用传输信道类型只有一种，为专用信道(dch)。 mac层在逻辑信道上提供数据传送业务。对于由mac提供的不同的数据传 送业务定义了一整套逻辑信道类型， 每个逻辑信道类型由其所传送的信息类型所 11 成都理工大学硕士学位论文 定义。控制信道只用于控制平面信息的传送，包括广播控制信道(bcch)、寻呼 控制信道(pcch)、公共控制信道(ccch)、专用控制信道(dcch)、共享信道控制 信道(shcch)。业务信道只用于用户平面信息的传送，包括专用业务信道 (dtch)、公共业务信道(ctch) 8。 2.2.3 网络层网络层 网络层分为 rrc 子层，移动管理(mm)子层、连接管理(cm)子层。rrc 子 层处于接入层，移动管理(mm)子层、连接管理(cm)子层处于非接入层，所以无 线接口 l3 层的描述仅仅限于 ran 部分的 rrc 子层。rrc 层实现功能包括：广 播由非接入层提供的信息，广播与接入层相关的信息，建立、维持及释放 ue 和 utran 之间的 rrc 连接，建立、重配置及释放无线承载，分配、重配置及释 放用于 rrc 连接的无线资源，rrc 连接移动功能管理，为高层 pdu 选择路由， 请求 qos 的控制，ue 测量上报和报告控制，外环功率控制，加密控制，慢速动 态信道分配，寻呼，空闲模式下初始小区选择和重选，上行链路 dch 上无线资 源的仲裁，rrc 消息完整性保护和 cbs 控制。 2.3 td-scdma关键技术关键技术10 2.3.1 时分双工时分双工(tdd)技术技术 td-scdma 系统在处理包含语音业务在内的各种不同速率数据业务时，会 出现下行处理数据容量远高于上行，上下行业务不对称的现象，为了提高频谱利 用率和实现最大的业务容量， 系统采取在周期性重复的时间帧里传输基本tdma 突发脉冲，通过周期性的转换传输方向，在同一载波上交替进行上、下行链路传 输。 td-scdma 系统使用时分双工(tdd)技术的好处在于一是可以根据不同的 业务类型来灵活地调整链路的上、下行转换点。如图 2-6 所示。在传输对称业务 （如语音）时，可选用对称的转换点位置；在传输非对称业务（如用户访问互联 网）时，可在非对称的转换点位置范围内选择，从而提供最佳频谱利用率和最大 业务容量。 二是tdd方式的另一优势就是系统无需使用成对的频段， 而使用fdd 模式的 wcdma 通信系统必须使用对称的频段。从而 td-scdma 网络不但频 谱利用率高于 wcdma，而且频段选择比较灵活。 12 第二章 td-scdma 技术概述 图 2-6 时分双工(tdd)技术示意图 2.3.2 智能天线智能天线(smart antenna)技术技术 智能天线是以多个高增益窄波束动态地跟踪多个期望用户，在接收模式下， 来自窄波束以外的信号被抑制，在发射模式下，能使期望用户接收的信号功率最 大，同时使窄波束照射范围以外的非期望用户受到的干扰最小。 如图 2-7 所示。 图图 2-7 智能天线示意图 智能天线示意图 智能天线由一个天线阵和基于基带的数字信号处理单元组成， 通过调节各阵 元信号的加权幅度和相位， 来改变阵列的天线方向图， 自动测量出呼叫用户方向， 将天线波束指向用户，对基站的接收和发射波束进行自适应的赋形。与无方向性 天线相比，它上下行链路的天线增益显著提高，降低了发射功率电平，提高了信 噪比，有效地克服了信道传输衰落。由于天线波瓣指向用户，减小了与本小区内 其他用户之间以及相邻小区用户之间的干扰。 td-scdma 系统采用智能天线，将会带来许多技术优势。一是提高了信号 信噪比，改善了通信质量；二是增加系统容量，提高通信的用户数量；三是扩大 了覆盖范围，提高频谱利用率；四是降低基站发射功率，减少电磁环境污染。 13 成都理工大学硕士学位论文 2.3.3 联合检测联合检测(joint detect)技术技术 联合检测是多用户检测（multi-user detection）技术的一种。cdma 系统中 多个用户中的信号在时域上和频域上是混合的， 接收时需要在数字域内用一定的 信号分离方法把各个用户的信号分离开来， 信号分离的办法大致可以分为单用户 检测和多用户检测技术两种。 cdma 系统中的主要干扰是同频干扰，它可以分为两部分，一部分是小区 内部干扰 （intracell interference） ,指的是同一小区内部其他用户信号造成的干扰， 又称多址干扰（mai，multiple access interference）；另一部分是小区间干扰 （intercell interference）,指的是其他同频小区信号造成的干扰，这部分干扰可以 通过合理地小区配置来减小其影响。 传统的 cdma 系统信号分离方法是把多址干扰（mai）看作热噪声一样的 干扰，导致信噪比严重恶化，系统性能和容量也随之下降，这种将单个用户的信 号分离看作是各自独立的过程的信号分离技术称为单用户检测（single-user detection）。实际上，由于 mai 中包含许多先验的信息，如确知的用户信道码、 各用户的信道估计等，因此 mai 不应该被当做噪声处理，它可以被利用起来以 提高信号分离方法的准确性。这种充分利用 mai 中的先验信息而将所有用户信 号的分离看作一个统一的的过程的信号分离方法，称为多用户检测技术（md） 根据对 mai 处理方法的不同，多用户检测技术可以分为干扰抵消 （interference cancellation）和联合检测（joint detection）两种。联合检测是充 分利用 mai，一步之内将所有用户的信号都分离开来的一种信号分离技术。优 势在于：不再将本小区的多址干扰作为噪声；提升系统容量，增加了用户数量； 降低了用户设备（ue）的发射功率，提高 ue 的待机及通话时间，同时降低了 设备的成本和故障率；具有克服“远近效应”的能力。 2.3.4 动态信道分配（动态信道分配（dca，dynamic channel allocation）技术）技术 td-scdma 通信时使用的信道是指频率、时隙（时间）、码字等表征所使 用的无线资源。 动态信道分配，就是根据用户的需要进行实时动态的资源（频 率、时隙、码字等）分配。 动态信道分配（dca）根据调节速率分为：慢速 dca 和快速 dca。 慢速 dca 将无线信道分配至小区范围，而快速 dca 将信道分至 业务。rnc 负责小区可用资源的管理，并将其动态分配给用户。rnc 分配资源 的方式取决于系统负荷、业务 qos 要求等参数。目前 dca 最多的是基于干扰测 量的算法，这种算法将根据用户移动终端反馈的干扰实时测量结果分配信道。 动态信道